使用反相器构建的二级运算放大器设计

"本文介绍了一种使用反相器构建的二级运算放大器设计，具有真正的差分输入和接近电源轨的输出摆幅能力，适用于5V单电源供电。设计利用了CD4049UBE六反相器，通过创新的电路配置实现了模拟电路的功能，以应对现代微电子技术中模拟电路面临的挑战。文中提供了电路的详细功能原理图，并展示了其性能规格，与传统的运算放大器如LM741相比，具有更高的增益带宽。" 在这篇文章中，作者探讨了随着CMOS工艺的纳米级发展，精密模拟电路面临的挑战，以及如何通过高度数字化的解决方案来应对这些问题。他们引用了一个1973年的飞兆半导体应用指南，指出该指南中运算放大器电路示例并未涵盖差分输入，而本文的目标就是弥补这一空白。 文章的核心是一个使用四个CD4049UBE反相器、一个电阻和一个电容器构建的二级运算放大器设计（图1）。CD4049UBE是一款常见的CMOS逻辑门集成电路，但在文中被创造性地用于模拟电路，其中反相器被用作电流源和电流阱，以实现差分到单端的转换。第一级电路借鉴了参考文献5的设计，U2的PMOS和U3的NMOS器件组合形成电流源和电流阱，以扩展共模范围。第二级则增加增益并确保整体稳定性。 图2展示的晶体管级功能原理图进一步揭示了内部工作机制。U1的变频器作为双gm差分对，提供所需的电压增益。由于两级增益相近，标准的补偿技术可以保证稳定性的实现，而且由于合理的反馈配置，无需额外的局部分流电阻。 表1列出的原型运算放大器规格显示，尽管其共模抑制比可能不那么出色，但其增益带宽远超LM741等传统运算放大器，这表明这种基于反相器的运算放大器设计在某些应用中可能具有优势。 这篇文章提供了一个独特的视角，展示了如何利用常见的数字逻辑元件来构建高性能的模拟电路，对于电子爱好者和工程师来说，这是一个有价值的资源，特别是对于那些在当今高精度和高集成度的环境中寻找简单模拟解决方案的人来说。